张涛

（延安职业技术学院 陕西省延安市 716000）

MATLAB 把矩阵作为基本数据结构，向量与标量均作为特殊矩阵，是一种具备超强数据运算能力及数据可视化界面的软件产品。MATLAB 还具备绘图功能，自带的附加工具箱能集合分析各种复杂数据，可见该软件在数据处理时能体现出极大的优势、作用。

1 MATLAB软件的介绍

MATLAB 是一套典型的数值计算软件，软件公司还对外推出了GUI 功能，其做大的特点是使数据运算过程达到人机交互的可视化处理。面对不同数学分支问题的算法时，MATLAB 软件能将其编制成函数，将其分类梳理并存储在对应的程序内，构建出一个功能完善的工具箱，实际运用时直接把相关参数赋予给这些函数便能测算出想要的结果，以上这种方式方法不仅能精简函数编制流程，运算过程快速，并且计算所得结果的精准度很高，当前在教育、科研领域等已经实现了规模化应用。

MATLAB 软件具备很多优点：

（1）简洁易学：MATLAB 编程语言相对简洁，其采用的语法规则和常规编程软件语言比如VB、C 语言的结构化编程逻辑形式保持高度统一，这就意味着持有常规编程语言功底的用户就能较快速的掌握MATLAB 语言。

（2）程序代码较短小且运行高效：当下MATLAB 已经把大部分数学问题的具体执行算法编成了函数工具，为广大用户调用应用创造了很大的便利条件，无需投入大量的时间成本去编写某些算法及程序。

（3）运输安功能强大化：MATLAB 软件矩阵具备强大的计算功能，可以直接采用普通的函数符号对矩阵进行加、减、乘、除等计算，在执行工程结构有限元计算任务方面表现出良好效能。

MATLAB 为当下科研范畴中一类最先进的科学运算应用软件，其自身具备超强的矩阵计算、符号计算及数据可视化功能，可以将其看成是一种简洁易用、可拓展的系统研发环境与平台。利用其能使处理既往很多棘手的问题，包括多项式的运算、方程求解、矩阵计算、数理概率统计，工业系统及结构系统计算仿真等，使程序短小的编程语言优越性充分发挥出来，采用编制简洁、短小的程序便能快速精准分析、处理及呈现海量数据，工作质量与效率均会有显著提升。

2 建立数据处理系统

图形用户界面（GUI）被公认成实现人机交互的一种重要方式，有形象生动、操作便捷及灵活度高等诸多优势。本文这里所提及的GUI 是由窗口、菜单、对话框等多种图形对象构成的界面。当前国内外多数软件开发环境及应用程序普遍应用了GUI，流行的开发工具均能执行GUI 设计任务。

MATLAB 软件的GUI 的功能强大，基本的GUI 对象主要有三种类型，即用户界面控件对象、下拉式菜单对象与快捷菜单对象。运用以上这些图形对象控件，编程人员可以运用自主设计界面为广大用户提供操作便捷的图形界面，为科研工作开展提供一种行之有效的数据处置办法。为了能快速、高效的构建出GUI 界面，MATLAB 软件能对外提供多种类型控件，在这些控件的协助下，工作人员能进一步提升数据处理系统的可视化水平，进而使用系统功能实现过程更加直观。

本课题研究中建立的数据处理系统界面运用到的控件类型较多，包括图形存储按钮、结果信息呈现于预警值输入文本框、绘图区坐标轴等。实践中，可以按照响应的属性控制项去调整各类控件的属性，比如更改呈现颜色、字体大小等属性。本系统建立时先要以于MATLAB Gu I 建立数据处理可视化界面的整体框架，随后编辑相应模块的程序代码。从宏观层面上，可以把数据处理系统分成前台、后台处理，前台处理形成的结果直接呈现在处理系统界面内，包括数据特征、线性测评结果等；后台处理所得的大部分结果通常不便呈现，通常会在响应版块程序编制环节以.xsl 格式被写进Excel 表格内储存。前台处理界面呈现区主要由预警值输入区、结果呈现区、图形绘制区、应变数据查询区等构成。预警值输入主要用在检查应变数据，观察是否部分数在预警值以上，程序会自动传递出预警提示信号。结果呈现区主要是实时呈现数据综合的特征均值方差极大值、极小值及样本量。图形绘制区即用于显现图形绘制结果。数据预处理菜单之下又细分成分数据导入和时程曲线绘制子菜单，功能主要是导入、储存.txt 与xls 格式的原始数据，并准确绘制出相应的时程曲线。

3 Matlab软件的应用

3.1 物理领域

步入新世纪以来，计算机软件技术高速发展，在物理实验前可以先采用软件开展模拟仿真活动，最后再基于实验具体实施情况检测验证数据、结论等的有效性。在物理领域内，comsol 是有限元方法相对较成熟的可视化软件产品，其具备与Matlab 相互衔接的程序应用接口，能够全面梳理由comsol 软件内导出的数据信息。

在高等院校物理实验较小中，也可以尝试运用Matlab软件去处理数据数据，例如物理实验中要测量霍尔系数时，可以把前期测量所得的数据输进表格内，随后再导送到Matlab 软件，运用polyfit 函数获得对应的拟合方程，随后再规范、调整轴坐标，在sqrt 函数的协助下侧求出均方根误差，运用digits 函数准确设定出输出参数位数，最后运用公式计算出霍尔系数，以上过程中还能顺利获得相应霍尔电压与电流两者的关系图，十分生动形象，便于相关人员观察和分析。

如下基于Matlab 软件运用最小二乘法确定某个发射源的发射强度的关系式，以更加直观的阐明Matlab 软件使用过程的直观性及结果高精准度。见表1 所示。

表1： 某个发射源发射强度与时间的观测值统计

实现这种方法的应用程序：

＞＞x=[0.2，0.3，0.4，0.5，0.6]

＞＞I=[3.17，2.37，1.76，1.35,1.01]

＞＞y=log(I)

＞＞pllyfit（x，y，1）

ans=

-2.8884 1.7284

＞＞I0=exp（1.7284）=5.6312

＞＞alpha=-（-2.8884）

故而，基于最小二乘法得到的强度公式是I=5.6312e。

3.2 金融领域

金融建模实质上就是把经济学内相对较复杂的概念转型成数学模式，进而于计算机系统内显现出的一种办法，其跨越金融学的有关理论、电子数据处理的操作和计算机编程等数个领域，对金融行业健康、持续发展能起到良好的促进作用。当下，金融建模过程中可供应用的成熟计算机软件产品较多，可以运用Matlab 软件处理金融行业运行过程中出现的各种常见问题。本文如下利用Matlab 软件运算分析期权价格及统计参考量数值，进而为阐明该软件的实用性提供相对较可靠的数据支持。

3.2.1 期权价格

嘉定某期股票的售价是100，通过查询发现该期股票上下波动的频率标准差是0.4，炒股自身不存在风险的利率对应值是9%，期权执行价是90，存续期设置成0.5 年，结合以上数据运算该股票的期权价格。

工作人员可以在MATLAB 软件内做出如下编程：

＞＞=[call，put]=blsprice（100,90,0.09,0.5,0.4）

参照以上单行简单、短小的命令便能顺利运算出call、put 各自对应值。

3.2.2 统计参考量

遵照随机原则生成150 个服从正态分布规律的样本数据，运用这些数据预测整体内参数及置信水平达到95%的置信区间。

在MATLAB 内做出的编程：

＞＞X=normrnd(1.5，1,150,1)

＞＞[muhat，sigmahat，muci，sigci]=normfit（X,0.01）运用以上两个例子阐述出

Matlab 应用便捷的事实，利用简洁的程序替将传统人工方法取而代之，一方面明显减少了时间成本，另一方面也使数据精准度得到保障。

3.3 车辆工程领域

在该领域内，工作人员可以尝试运用Matlab 软件去模拟分析机车制造过程需要处理的数据信息，运用该软件能科学、精准的分析车辆发动机的振动频率。以上工作执行过程中相关人员需要全面采集各种数据，明确实验研究工作推进过程中所需各个工况条件下发动机振动加速度，随后运用Matlab 软件自带功能函数对数据文档做出响应的频谱分析。

具体工作实践中，先运用单片机连接接口取得加速度的数据，随后把数据完整的导入PC 端，针对PC 端接收到的频率数据，会严格依照前期设定好的频率区间筛选出和设计要求相吻合的数据，基于text 文件格式进行保存，Matlab 内可以通过读取text 文件的指令textread 去取得所需数据，同时将其存储在数组data 内。在原始数据收集工作结束后，合理设定周期T，采样频率F，信号序列长度L 等参数，最后运用FFT 函数进行频谱分析。

3.4 探测雷达领域

当下，很多探地雷达处理软件资深具备强大的时域分析功大，但频域分析功能水平整体较低，通常只有傅氏谱、S谱等频谱分析等功能，等效系统法、分形理论等也是常用的数据分析方法。因为ATLAB 软件的数值分析与矩阵计算功能强大，且其平台的开放性很高，本课题选择运用该类软件去处理探地雷达数据，并以其为基础设计研发出开放性的处理软件，进而直接读取，转存、呈现，处置及的分析格式不同的数据。

探测雷达数据的处理主要包括如下几个类型：

（1）滤波处理：探测实践中探地雷达会接收到多种电磁信号，比如地表反射波、外部干扰波等等，其会使探地雷达数据出现不同程度的低频漂移、水平道间扰乱、杂波信号干扰等情况，故而需要对其进行滤除或压制处理，完整的提取出有用信号，使资料解释的精准度有所保障。用于消除水平道间干扰可选用的方法较多，例如通过KL 转换消解掉雷达数据内的水平相干噪声，采用小波域上之上的KL 变换进行滤波等。关于杂波噪声的抑制问题，不仅可以运用传统的滤波方法，还包括参数系统识别法、小波变换法等。

（2）偏移处理：因为探地雷达探测内存在着绕射波，以致无法真实的呈现出反射点的实际方位及目标规格大小。基于规范化的偏移处理过程所得的雷达剖面能够清晰的显现出地下目标的实际部位及空间样态。位置及绕射扫描叠加、相移偏移法是偏移处理时常用手段。此外还存在着2D 有限差分偏移、Stolt 偏移法等。相比之下，反射波归位精准度更高，没有偏移倾角制约，对各类噪声均表现出较强的适应能力，能显著增加剖面的分辨率。

（3）反滤波：反滤波实质上就是反褶积，是一种形式特殊的滤波措施，其运用压缩子波与抑制数次放射过程的形式提升垂直分辨率及对同相轴的识别精准度。如果能将子波压缩于绝对值最大位置，而不是子波的开始部位，则运用这种方式能消解掉子波的拖尾情况，提升子波长度的压缩效果及信噪比。

3.4.1 探地雷达数据处理编程

程序框架：

数据读入的支持格式较多，比如SIR、RIS、Pulse-Ekko系列雷达的数据格式等；数据呈现有数据的剖面色图、Wiggle图及测道波形图显示等；处理部分有数据的坏道去除、剔除直流成分、信号零点调控、一维及背景滤波、希尔伯特转换等。针对最后处理所得数据可以输出输出BMP 位图。

3.4.2 雷达数据的读取及交互式操作

数据读取：

SIR 系探地雷达DZT 文件主要由数据头与数据体两部分构成，采用二进制码进行存储。头文件部分主要有采样率、采样时窗、道间距等重要信息，头文件统一运用结构体定义，按照格式控制参数设定数据体存储形式，以8 位、16 位、32 位二进制存储格式等较为常见。运用数据处理软件读取文件，通过分析后认定其能准确读取数据体。RIS 系列探地雷达数据以（.dt）结尾，当前尚未对外正式公布其格式，仅能由多方测试检测结果中获得局部重要的数据参数、数据头与数据体是DT 格式数据的基本构成，前者以雷达数据的采集参数以及控制信息为主，例如数据的采样点数、时窗及数据录入的起始地址等控制信息。现已经证实，DT 数据的前七个字节内含有关键的控制信息，前两个字节表征数据是DT 数据，利用第六个字节数据能顺利运算出数据的各项参数与控制信息。

3.5 关键数据的处理

3.5.1 坏道剔除

坏道去除主要是由数据内删除坏道，随后运用内插的形式获得原始坏道方位的新数据到具体值。由图1 数据剖面内能观察到存在几条数据坏道，且由等延时的波形图能观察到坏道部位带有显著的尖刺。图内的多道数据坏道，选出对话框内给出这些数据道对应的序号，于雷达波形图内使用红线标记数据坏道。

图1： 数据坏道及选择

选中的坏道有24、36、61、75、164，逐一将其删除后，通过内插形式获得新的数据道。

3.5.2 调整信号零点探地雷达技术按照反射波信号的延时情况去合理确定目标体深度，反射波信号的时间运算情况关系深度计算结果的精准度，故而对信号零点进行科学调整有很大必要性，等同于地面初至波进行定位。针对标定地面初至波，当前已经有执行过程相对简单的方法，即判断子波的相位遇到的极性。客观上讲，现在地面初至波的定位还没有完美且统一的办法，需要依照地面表层厚度、下层电阻率和电导率进行设定，通常地面初至波的定位在1/4～3/4 波长位置。

4 结束语

在信息化时代中，信息已经成为推进社会经济发展进步的新型重要生产力，信息化基础越优秀，那么气主动性就越强，信息化能力就越高，应用效果也会相应提升。在现实工作中，为了能更有效处理重大突发状况，信息支撑、数据赋能永远是硬实力。Matlab 是近些年发展起来的一种数据分析软件，其能显著提升数据分析效率，减少或规避人为因素带来的误差，且生成形象生动的图形，为后期处理工作创造极大便利，提升人们的生活数字化水平，造福人类社会。